公布日：2023.10.20
申請日：2023.04.18
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F3/28(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F3/32(2023.01)N
摘要
本發明涉及一種農村污水處理裝置、系統及方法，系統至少包括由依次連通的沉淀池、厭氧池和缺氧池組成的主箱體。經過所述沉淀池處理后的所述污水流入所述厭氧池。所述厭氧池中的厭氧生物膜去除處理后的所述污水中呈膠體和溶解狀態的有機性污染物質。所述厭氧池內設置的若干填料掛架懸掛填料以使得厭氧微生物附著所述填料并且形成所述厭氧生物膜。本發明能有效解決農村地區生活污水的治理問題，污水處理時可埋于地下實施，減少環境污染，減少占地面積，同時本發明的裝置及方法具有易于管理運行、不易堵塞、無耗能、無動力、出水水質穩定的優點。
權利要求書
1.一種農村污水處理系統，至少包括由依次連通的沉淀池(2)、厭氧池(3)和缺氧池(4)組成的主箱體，其特征在于，經過所述沉淀池(2)處理后的所述污水流入所述厭氧池(3)，所述厭氧池(3)中的厭氧生物膜去除處理后的所述污水中呈膠體和溶解狀態的有機性污染物質，其中，所述厭氧池(3)內設置的若干填料掛架(33)懸掛填料以使得厭氧微生物附著所述填料并且形成所述厭氧生物膜。
2.根據權利要求1所述的農村污水處理系統，其特征在于，所述厭氧池(3)與所述缺氧池(4)的底部通水，其中，充分分解的所述污水通過沉淀從所述厭氧池(3)與所述缺氧池(4)的下端通孔進入所述缺氧池(4)，在所述缺氧池(4)內的污水進行泥水分離并且進行缺氧處理。
3.根據權利要求1或2所述的農村污水處理系統，其特征在于，經過所述缺氧處理的所述污水通過布水管(6)出水到進水池(51)中，所述污水通過填料模塊(58)以及礫石層(55)的處理，滲透至濕地底層出水。
4.根據權利要求1～3任一項所述的農村污水處理系統，其特征在于，經所述填料模塊(58)以及所述礫石層(55)處理凈化后的尾水，通過加長排水管(7)排出到出水收集池(8)，凈化后的所述尾水通過溢流出水管(57)流出到所述出水收集池(8)。
5.根據權利要求1～4任一項所述的農村污水處理系統，其特征在于，所述填料掛架(33)按照設置于所述折流板一(34)和所述折流板二(35)之間的方式與所述污水充分接觸，其中，所述折流板一(34)靠近所述厭氧池(3)底部處折彎，并且與所述厭氧池(3)底部之間有空隙，所述折流板二(35)為垂直設置于所述厭氧池(3)底部上，并且與所述厭氧池(3)底部接觸。
6.根據權利要求1～5任一項所述的農村污水處理系統，其特征在于，所述系統還包括：并聯的A子系統和B子系統，所述A子系統和B子系統均包括有子系統池體(5)，所述子系統池體(5)內均設置有五層填料基質濾料層，所述填料基質濾料層上四層采用若干個填料模塊(58)，所述填料模塊(58)的底部為礫石層(55)。
7.根據權利要求1～6任一項所述的農村污水處理系統，其特征在于，所述子系統池體(5)內依次設置有所述進水池(51)、中間池(52)和水位調節池(53)，所述填料模塊(58)設置在所述進水池(51)和中間池(52)的中間部分。
8.一種農村污水處理裝置，至少包括由依次連通的沉淀池(2)、厭氧池(3)和缺氧池(4)組成的主箱體，其特征在于，經過所述沉淀池(2)處理后的所述污水流入所述厭氧池(3)，所述厭氧池(3)中的厭氧生物膜去除處理后的所述污水中呈膠體和溶解狀態的有機性污染物質，其中，所述厭氧池(3)內設置的若干填料掛架(33)懸掛填料以使得厭氧微生物附著所述填料并且形成所述厭氧生物膜。
9.一種農村污水處理方法，其特征在于，所述方法至少包括：將經過沉淀池(2)處理后的污水流入厭氧池(3)，所述厭氧池(3)中的厭氧生物膜去除處理后的所述污水中呈膠體和溶解狀態的有機性污染物質，其中，所述厭氧池(3)內設置的若干填料掛架(33)懸掛填料以使得厭氧微生物附著所述填料并且形成所述厭氧生物膜。
10.根據權利要求9所述的農村污水處理方法，其特征在于，所述方法還包括：充分分解的所述污水通過沉淀從所述厭氧池(3)與缺氧池(4)的下端通孔進入所述缺氧池(4)，在所述缺氧池(4)內的污水進行泥水分離并且進行缺氧處理。
發明內容
為解決現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種無動力地埋式垂直流濕地農村生活污水處理裝置及方法，能有效解決農村地區生活污水的治理問題，污水處理時可埋于地下實施，減少環境污染，減少占地面積，同時本發明的裝置及方法具有易于管理運行、不易堵塞、無耗能、無動力、出水水質穩定的優點。
本發明涉及一種農村污水處理系統，至少包括由依次連通的沉淀池、厭氧池和缺氧池組成的主箱體。經過所述沉淀池處理后的所述污水流入所述厭氧池，所述厭氧池中的厭氧生物膜去除處理后的所述污水中呈膠體和溶解狀態的有機性污染物質。優選地，所述厭氧池內設置的若干填料掛架懸掛填料以使得厭氧微生物附著所述填料并且形成所述厭氧生物膜。填料表面和植物根系將由于大量微生物的生長而形成生物膜。污水流經生物膜時，大量的SS被填料和植物根系阻擋截留，有機污染物則通過生物膜的吸收、同化及異化作用而被去除，最后復合垂直流濕地系統更換填料模塊或收割栽種植物實現污染物的最終去除。
根據一種優選的實施方式，所述厭氧池與所述缺氧池的底部通水。優選地，充分分解的所述污水通過沉淀從所述厭氧池與所述缺氧池的下端通孔進入所述缺氧池，在所述缺氧池內的污水進行泥水分離并且進行缺氧處理。
根據一種優選的實施方式，經過所述缺氧處理的所述污水通過布水管出水到進水池中，所述污水通過填料模塊以及礫石層的處理，滲透至濕地底層出水。
根據一種優選的實施方式，經所述填料模塊以及所述礫石層處理凈化后的尾水，通過加長排水管排出到出水收集池，凈化后的所述尾水通過溢流出水管流出到所述出水收集池。
根據一種優選的實施方式，所述填料掛架按照設置于所述折流板一和所述折流板二之間的方式與所述污水充分接觸。優選地，所述折流板一靠近所述厭氧池底部處折彎，并且與所述厭氧池底部之間有空隙，所述折流板二為垂直設置于所述厭氧池底部上，并且與所述厭氧池底部接觸。
根據一種優選的實施方式，所述系統還包括：并聯的A子系統和B子系統，所述A子系統和B子系統均包括有子系統池體，所述子系統池體內均設置有五層填料基質濾料層，所述填料基質濾料層上四層采用若干個填料模塊，所述填料模塊的底部為礫石層。
根據一種優選的實施方式，所述子系統池體內依次設置有所述進水池、中間池和水位調節池，所述填料模塊設置在所述進水池和中間池的中間部分。
本發明還涉及一種農村污水處理裝置，至少包括由依次連通的沉淀池、厭氧池和缺氧池組成的主箱體。經過所述沉淀池處理后的所述污水流入所述厭氧池，所述厭氧池中的厭氧生物膜去除處理后的所述污水中呈膠體和溶解狀態的有機性污染物質。優選地，所述厭氧池內設置的若干填料掛架懸掛填料以使得厭氧微生物附著所述填料并且形成所述厭氧生物膜。
本發明還涉及一種農村污水處理方法，所述方法至少包括：將經過沉淀池處理后的污水流入厭氧池，所述厭氧池中的厭氧生物膜去除處理后的所述污水中呈膠體和溶解狀態的有機性污染物質。優選地，所述厭氧池內設置的若干填料掛架懸掛填料以使得厭氧微生物附著所述填料并且形成所述厭氧生物膜。
根據一種優選的實施方式，所述方法還包括：充分分解的所述污水通過沉淀從所述厭氧池與缺氧池的下端通孔進入所述缺氧池，在所述缺氧池內的污水進行泥水分離并且進行缺氧處理。
本發明提出以下技術方案：一種無動力地埋式垂直流濕地農村生活污水處理裝置，包括主箱體和復合垂直流濕地系統，所述主箱體由依次連通的沉淀池、厭氧池、缺氧池組成；
所述主箱體內設置有隔板一和隔板二，以將所述主箱體分隔為沉淀池、厭氧池、缺氧池；所述沉淀池和所述厭氧池通過所述隔板一上端設置的開口一連通，所述厭氧池和所述缺氧池通過所述隔板二的底部設置的開口二連通，所述開口一和開口二處均設置有管道；
通過厭氧池和所述缺氧池通過所述隔板二的底部設置的開口二連通的設計，厭氧池與缺氧池采用池的底部通水，進入厭氧池的污水中的含油懸浮物漂浮在厭氧池水面，通過更長的停留時間來進行分解，而充分分解的泥水物通過沉淀從厭氧池與缺氧池的下端通孔進入缺氧池，在缺氧池內的污水進行泥水分離，分解后固體污染物沉下池下，液態部分從缺氧池流出。
所述厭氧池內設置有若干填料掛架和若干折流板一和若干折流板二，所述折流板一靠近厭氧池底部處折彎，與厭氧池底部之間有空隙，所述折流板二為垂直設置于厭氧池底部上，且與厭氧池底部接觸，所述折流板一設置的高度高于所述開口一，所述折流板二設置的高度低于所述開口一，所述填料掛架設置在折流板一和折流板二之間，所述填料掛架上設置有軟性填料組；
通過填料掛架上裝有軟性填料，增加了微生物的附著面積，通過折流板一和折流板二的設計，污水充分與軟性填料接觸，防止了短流現象，軟性填料上附著的生物膜能更有效地對污水處理。
所述復合垂直流濕地系統由兩個并聯的A子系統和B子系統組成，所述A子系統和B子系統均包括有子系統池體，每個所述子系統池體內均設置有五層填料基質濾料層，所述填料基質濾料層上四層為模塊化設計，采用若干個方正的不銹鋼網箱裝載四層填料，每個不銹鋼網箱為一個填料模塊，所述填料模塊底部為礫石層。
進一步地，兩個所述子系統池體內均依次設置有進水池、中間池和水位調節池，所述填料模塊設置在所述進水池和中間池的中間部分；
所述進水池與所述中間池之間設置有隔板三，所述隔板三底部與所述填料模塊底部平齊，所述水位調節池與所述中間池之間設置有隔板四，所述隔板四的底端與所述子系統池體的底部接觸，隔板四的下部開有若干個通孔；
所述隔板三與隔板四之間的填料模塊上種植有水生植物，水生植物為水生美人蕉、昌蒲、銅錢草、狐尾藻中的至少一種。
兩個所述水位調節池之間設置有兩個交替排水系統；
所述水位調節池與所述中間池之間設置有溢流出水管，所述溢流出水管由直管和彎管組成，所述溢流出水管的直管貫穿所述隔板四與所述中間池連通，且設置于填料模塊上方，所述水位調節池出水方向的下端設置有加長排水管，所述加長排水管貫穿所述水位調節池；
所述缺氧池與所述進水池之間通過布水管連通，所述布水管設置在所述填料模塊的上方。
進一步地，所述主箱體為一體化結構，所述主箱體頂部設置有檢查井一和檢查井二，所述檢查井一設置于所述沉淀池和厭氧池之間，所述檢查井二設置于所述厭氧池和缺氧池之間；所述檢查井一、檢查井二設置于所述隔板一和隔板二附近，所述檢查井一和檢查井二上均設置有頂孔砌磚及井蓋；所述主箱體、頂孔砌磚及井蓋形成封閉結構。
通過檢查井一和檢查井二的結構設計，可以方便檢查沉淀池和缺氧池中污水處理情況。
進一步地，所述交替排水系統由水位檢測結構和排水結構組成，所述水位檢測結構設置于所述水位調節池的上端，所述排水結構設置于所述水位調節池的下端；A子系統的水位檢測結構與B子系統的排水結構連接，B子系統的檢測結構與A子系統的排水結構連接，所述A子系統的水位調節池與所述B子系統的水位調節池之間設置有通池管，所述A子系統的水位檢測結構與所述B子系統的排水結構通過連索二連接，所述連索二穿過所述通池管，所述通池管兩側位于連索二的下方設置有滑輪一；所述水位檢測結構包括浮球、浮球連桿，浮球連接浮球連桿的一端，浮球連桿的中間設置有浮球連桿轉軸，浮球連桿遠離浮球的一端連接連索二；所述排水結構包括平衡桿、平衡桿轉軸、滑環、滑輪二、出水管蓋，所述平衡桿通過連索二連接所述浮球連桿，所述平衡桿中間設置有平衡桿轉軸，所述平衡桿遠離連索二的一端連接連索一，連索一遠離平衡桿的一端連接出水管蓋，出水管蓋設置在加長排水管的正上方，與連索一連接的平衡桿的一側上設置有滑環；所述連索一的上端與所述平衡桿連接之間設置有滑輪二，連索一的下端與出水管蓋上方設置有滑輪三。
通過以上交替排水系統的設計，可以實現A子系統與B子系統交替排水；水位調節池水滿時，還可以通過溢流出水管向出水收集池中排水。
A子系統與B子系統交替排水機理：當B子系統的浮球在水位調節池內水滿上浮時，通過浮球連桿、浮球連桿轉軸帶動連索二連接的平衡桿一側通過平衡桿轉軸向上移動，平衡桿的另一側通過平衡桿轉軸向下移動，滑環向左滑向連索一，通過連索一及滑環的重力作用將出水管蓋提起，A子系統的水位調節池中的水通過加長排水管排出，當A子系統的水位調節池中的水排完后，A子系統的出水管蓋失去了水的浮力作用，受出水管蓋自身的重力作用，出水管蓋向下移動，重新蓋住了加長排水管。A子系統在布水管出水的流入下開始積累水，當A子系統水滿時，通過A子系統的水位調節池內的水位檢測結構及B子系統的水位調節池內排水結構的作用，觸動并提起B子系統的水位調節池內的出水管蓋，B子系統排水；按照上面所述的方式，A子系統和B子系統B交替排水。
復合垂直流濕地系統采用A、B兩個子系統交替全排水設置，全排水后，系統內獲得空氣進入，對系統填料基質表面濕潤的微生物膜曝氣增氧，A、B兩個子系統內部的增氧交替進行，無需動力。
進一步地，所述加長排水管由彎管一、直管一、彎管二和直管二組成，所述直管一貫穿所述水位調節池一端，所述直管二的長度為直管一的長度的3.5-4倍。
本發明的裝置在排水時，布水管的進水沒有停止，系統通過加長排水管，通過自然的方式增加排水壓力，增大排水，通過大的排水與小的進水的方式排空系統內的水，系統內保持濕潤的方式下進入空氣，從而提高系統內水體溶入氧氣。
由于A、B兩個子系統分別連接加長排水管，A、B兩個子系統滿水后才觸動出水管蓋，利用加長排水管，增加了系統內的水位差，增加了排水壓力，從而在排水時帶動濕地系統內老化剝落的生物膜及沉淀在系統底部的沉積物排出系統，防止淤堵。
進一步地，所述填料模塊有若干個，每個所述填料模塊由上到下依次為四層填料組成，四層所述填料層從上到下分別為瓜米石層、小圓陶粒層、沸石層、大圓陶粒層。
進一步地，所述填料層的規格如下：瓜米石層150mm厚，粒徑5-10mm；小圓陶粒層200mm厚，粒徑3-10mm；沸石層300mm厚，粒徑為10-20mm；大圓陶粒層200mm厚，粒徑20-40mm；礫石層350mm厚，粒徑30-50mm。
由于農村生活污水量大面廣，具有分散性，其數量、成分、污染物濃度與季節時段、當地居民的生活習慣、生活水平、水資源的狀況有關，其產生的污水的pH值因不同農村地區及季節時段的情況而不同，復合垂直流濕地系統內設計的填料模塊分為二種，分別為一號填料模塊和二號填料模塊。
進一步地，所述填料模塊為一號填料模塊，一號填料模塊為瓜米石層、酸性小圓陶粒層、沸石層、酸性大圓陶粒層。
進一步地，所述填料模塊為二號填料模塊，二號填料模塊為瓜米石層、堿性小圓陶粒層、沸石層、堿性大圓陶粒層。
進一步地，當污水pH值為小于等于8時，安裝一號填料模塊，當污水pH值為大于8時，安裝二號填料模塊。
不同的金屬離子會在不同的pH條件下與磷素發生反應生成沉淀的效果不同，設計不同填料模塊，根據按不同農村地區及不同的季節時段，通過檢測污水的pH性質而安裝或更換系統裝置的填料模塊，提高裝置在不同的pH污水條件下填料模塊與磷素發生反應生成沉淀的效果，從而可以用較小的裝置尺寸及較小的用地面積、建設成本，達到需要的效果。
進一步地，還包括網柵池，所述網柵池與所述沉淀池之間通過管道貫通連接，所述網柵池內設置有網柵板，所述網柵板上均勻設置有格柵，所述網柵池的頂部設置有頂板，完全將網柵池覆蓋住，所述網柵池的進水口處設置有截污管，所述溢流出水管和加長排水管的下方設置有出水收集池。
進一步地，所述主箱體及子系統池體由玻璃鋼材料整體成形制備而成，較好地防止污水的滲出及污染地下水；
所述網柵池的底部設置有砼墊層一，所述主箱體、復合垂直流濕地系統的底部設置有砼墊層二，所述水位調節池連接加長排水管的一側設置有砼墊層三，所述網柵池底部設置的高度高于所述主箱體及子系統池體底部。
所述砼墊層一、砼墊層二與主箱體底部以及子系統池體底部采用中粗砂填充，主箱體側面與子系統池體相對的側面以及砼墊層三與子系統池體相對的側面間隙處采用素土填充。
通過砼墊層一、砼墊層二以及砼墊層三的設計，使得該裝置能夠更加穩定牢固的被埋在土地內部。
進一步地，主箱體上方的土面上種植草坪。
進一步地，所述無動力地埋式垂直流濕地農村生活污水處理裝置還包括污水收集裝置，所述污水收集裝置包括連接到農戶的收集污水管、污水收集井，所述污水收集裝置與所述網柵池的進水口處設置的截污管連接，所收集農戶污水包含農戶的黑水和灰水，黑水指農戶化糞池出水，灰水指農戶日常生活所排污水。
本發明根據農村地區現場因地制宜按區域化解為多個小區域，利用地勢由高到低沿污水流動方向布設收集污水管、污水收集井，不需設置水泵，無需消耗電能，節省能源，適合農村地區。
本發明還公布了一種地埋式復合垂直流濕地農村生活污水處理方法，采用上述的無動力地埋式垂直流濕地農村生活污水處理裝置處理，其步驟包括：
S1.農村生活污水排至三級化糞池，利用沉淀和厭氧發酵的原理，去除生活污水懸浮性有機物；
S2.污水收集裝置收集污水：收集各家各戶化糞池溢流出的生活污水和/或灰水進入網柵池處理；
S3.沉淀池沉淀：將步驟S2中收集的污水采用沉淀池沉淀靜置，沉淀池采用豎式沉淀池，水力停留時間2h，去除生活污水剩余的懸浮性有機物；
S4.厭氧池處理：S3步驟中處理后的污水流入厭氧池，采用厭氧生物膜去除污水中呈膠體和溶解狀態的有機性污染物質，通過厭氧池內設置的掛架懸掛填料，采用軟性填料或半軟性填料，為厭氧微生物附著生長提供固體表面，使其在填料表面形成生物膜；
S5.缺氧池處理：S4步驟厭氧處理后的污水通入缺氧池中，進行缺氧處理；
S6.復合垂直流濕地系統處理：經過缺氧池處理的污水通過布水管出水到復合垂直流濕地系統的進水池中，污水通過復合垂直流濕地系統中填料模塊及礫石層的處理，滲透至濕地底層出水，從復合垂直流濕地系統處理排出的水體達到廣東省《農村生活污水處理排放標準》(DB44/2208-2019)中的一級標準；
S7.尾水資源化利用：經步驟S6處理凈化后的尾水，通過加長排水管排出到出水收集池，多余凈化后的尾水通過溢流出水管流出到出水收集池，出水收集池收集的水可用于農業灌溉用水。
復合垂直流濕地系統機理：子系統池體內設置的隔板三沒接觸到池底，隔板三下面貫通，預留放置礫石層，隔板四的下部開有通孔，把填料區的水導入水位調節池。布水管出水通過隔板三前的填料模塊，垂直向下流，進入最下層的礫石層，然后垂直向上流，流經隔板三與隔板四之間的填料模塊，然后通過溢流出水管流出。水流經過填料模塊垂直向下流和垂直向上流的過程稱為復合垂直流。
本發明具有以下有益效果：
1、本發明將污水的沉淀處理、厭氧處理、缺氧處理在一體化的封閉結構中實現，污水處理時可埋于地下實施，減少環境污染，減少占地面積，污水處理在封閉狀態下，可通過水中的微生物將產生的廢氣降解，減少異味的產生。同時本發明采用一體式無動力少管理設計，在保證處理效果的同時遵循投資及運行費用低、操作及維護簡便的優勢。
2、本發明設計的復合垂直流濕地系統通過進水池、中間池填料模塊的設計以及中間池的填料模塊上水生植物區的設計，對污水的處理綜合了物理、化學和生物三種作用，利用植物和填料的不同功能，進行生物脫氮除磷，同時去除CODCr、BOD、SS等污染物。復合垂直流濕地系統成熟后，填料表面和植物根系將由于大量微生物的生長而形成生物膜。污水流經生物膜時，大量的SS被填料和植物根系阻擋截留，有機污染物則通過生物膜的吸收、同化及異化作用而被去除，最后復合垂直流濕地系統更換填料模塊或收割栽種植物實現污染物的最終去除。
3、本發明通過將復合垂直流濕地系統設計為五層式濾料層，綜合利用微生物降解、植物吸收、濾料基質吸附的能力去除污水中污染物；而且由于上四層采用模塊填料設計，便于定期清洗及更換，采用多個大小相同的不銹鋼網箱裝載多層填料的填料模塊設計，可以實現統一尺寸制作，方便批量生產、運輸方便、安裝快捷，當有其中一個填料模塊損壞或者堵塞時，只需更換損壞或堵塞的填料模塊，降低維護費用。同時采用模塊更換的形式可以簡化作業規模、精簡人員、縮短清洗時間，從而縮短裝置系統的停運時問、提高裝置系統的效率；最下一層為大顆粒礫石層，大顆粒礫石層較厚重，而且礫石間的孔隙大，不易堵塞。
4、本發明通過交替排水系統以及加長排水管的設計，解決濕地系統中處理效率低和容易堵塞兩個主要的問題。通過交替排水系統的設計，A、B兩個子系統內部的增氧交替進行，無需動力；通過加長排水管的設計，增加了系統內的水位差，增加了排水壓力，從而在排水時帶動濕地系統內老化剝落的生物膜及沉淀在系統底部的沉積物排出系統，防止淤堵。
5、本發明的裝置設計填料模塊與水位調節池的隔板四的通孔，通過填料的下部排水時從下部帶走容易引起堵塞的堵塞物及氣體，并且更有效地引入空氣，增加系統的氧氣，防止系統堵塞與板結。
6、本發明的污水處理由沉淀池、厭氧池、缺氧池和復合垂直流濕地系統串聯組成，具有較強的抗沖擊負荷能力。生活污水進入沉淀池、厭氧池、缺氧池，截流大部分有機物，并在厭氧水解作用下，被分解成小分子有機物，小分子有機污染物在復合垂直流濕地系統內經過濾、吸附、植物吸收及生物降解等作用得以去除。該工藝簡單、無動力損耗，維護管理方便，基本不產生運營費用，且出水水質穩定。
（發明人：邱建賀;周國彪;易旭超;劉鴻藜）
